文章會首先會分析常用電池的特性分析
，其次以可視化門鈴為例提供技術設計方案。

 

1. 不同電池特性分析

 

在智能家居產品中
，常用的電池類型主要是幹電池和鋰電池。鋰電池又分為18650 圓(yuan)柱(zhu)型(xing)電(dian)池(chi)，聚(ju)合(he)物(wu)鋰(li)電(dian)池(chi)
，鎳(nie)氫(qing)電(dian)池(chi)等(deng)。由(you)於(yu)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)會(hui)隨(sui)著(zhe)電(dian)池(chi)使(shi)用(yong)而(er)降(jiang)低(di)，對(dui)後(hou)級(ji)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)提(ti)出(chu)了(le)要(yao)求(qiu)。下(xia)麵(mian)是(shi)這(zhe)三(san)種(zhong)鋰(li)電(dian)池(chi)分(fen)別(bie)的(de)特(te)性(xing)：

 

 

無論是哪種類型的鋰電池，其放電特性和電量曲線基本一致。下圖1是鋰電池不同放電率下電壓和電量的關係曲線。

 

圖1 鋰電池不同放電率電壓和電量關係

 

從圖1中zhong可ke以yi看kan出chu不bu同tong的de放fang電dian率lv，電dian池chi電dian壓ya和he電dian量liang的de關guan係xi是shi不bu同tong的de，同tong時shi也ye和he工gong作zuo溫wen度du相xiang關guan。因yin此ci，不bu能neng針zhen對dui電dian池chi的de電dian壓ya來lai判pan斷duan電dian池chi是shi否fou有you電dian量liang。通tong常chang情qing況kuang下xia，鋰li電dian池chi電dian壓ya掉diao到dao3V時
，電池基本沒有剩餘電量，此時即使通過升壓芯片
，也無法提供足夠的能量供負載使用。

 

同時，下圖2展示了在不同負載情況下
，電池電壓和電量的關係。在不同的負載情況下，相同的電池電壓， 剩餘電池電量也會產生很大的差距。SOC (State of Charge)為鋰電池中可用電能的狀態，通常以百分比表示。相對荷電狀態的範圍是0%-100%
，電池完全充電時是100%

，完全放電時是0%。負載電流又分為脈衝電流和持續電流，在脈衝電流和持續電流放電情況下
，電池的放電曲線也會不同，比如MCU, Sub-1G類負載在啟動時都會產生脈衝電流
，對於LED等為持續電流。

 

圖2 不同負載下電池電壓和電量的關係

 

另一類應用廣泛的電池為紐扣電池和幹電池。常見的堿性紐扣電池標稱電壓為1.5V，鋰紐扣電池為3V.幹電池的工作電壓為0.7V~1.5V
，當電池放電到電壓低於0.7V時將不能正常工作。同時，其恒流放電曲線也和外界環境因素相關。下圖3和圖4分別為鋰紐扣電池和幹電池電池的恒流放電曲線：

 

圖3 鋰紐扣電池電壓和電量關係 

 

 

圖4 幹電池電壓和電量關係 

 

從上麵兩張圖可以看出，以3V係統為例，針對紐扣電池，當電池電壓下降到2.5V時，電池依然留有剩餘電量可以供係統使用。但由於電池電壓太低
，無法提供足夠的電壓

，為了進一步延長電池使用時間，需要將2.5V電壓升壓到滿足係統工作水平。

 

2. 電源設計應用舉例

 

考慮到現在的電池供電智能家居產品中，通常會采用無線方式進行數據的傳輸，比如WIFI 藍牙等。如前文所述
，當通信設備瞬間啟動時
，會有一個較大的啟動電流 (通常1A~2A) 瞬間將電池電壓拉低。當電池電壓過低時
，導致後麵的電源芯片進入UVLO
，係統停止工作。結合以上分析電池電壓和電量的應用

，在進行電源設計時
，可以使用buck-boost 芯片來滿足常用的應用場合。

 

結合到電池低功耗的需求，需要靜態電流較低的IC，通常為nA /uA級別。結合到智能家居中WIFI/BLE 包括speaker 和LED 的使用
，會需要較大的工作電流
，一般為1A~2A 左右。低Iq 的 2A輸出電流的buck-boost 芯片TPS63802就非常適用於這一類應用。

 

TPS63802 是一款靜態電流11uA 2A輸出的buck-boost 芯片，輸入電壓範圍從1.3V~5.5V， 能夠覆蓋大部分智能家居產品的應用，幫助用戶進一步減小設計體積。根據TI 的參考設計，整體設計尺寸可以降低至~28mm. 詳細信息，可以參考TI 官網，TPS63802 技術資料。

 

下麵圖5以可視化門鈴為例
，TI 提供了完整的設計方案，所有技術資料均可以在TI 官網下載查詢。

 

圖5 可視化門鈴參考設計

 

參考文獻：

 

1. TPS63802 datasheet: https://www.ti.com/product/TPS63802

 

2. TI 可視化門鈴參考設計：http://www.ti.com/solution/video-doorbell

 

3. Energizer technical information: https://data.energizer.com/battery-handbook-crosssections

 

4. 18650 鋰電池電壓和電量的關係http://www.cbea.com/ldc/201902/749081.html

 

5. 可視化門鈴設計指南：http://www.ti.com/lit/wp/slyy158/slyy158.pdf?&ts=1588917435067

 

6. 幹電池剩餘電量檢測研究：http://www.cqvip.com/qk/91137x/2016005/669000317.html

 

 

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